中學(xué)化學(xué)中鋁的實(shí)驗(yàn)研究論文

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摘要：中學(xué)化學(xué)中，有關(guān)鋁的實(shí)驗(yàn)很不明顯，長期以來困擾著教學(xué)一線實(shí)驗(yàn)工作者。筆者通過在教學(xué)實(shí)踐中不懈的探索和努力，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)，終于揭開了其中的奧秘；除去鋁片（絲、箔）表面的氧化模是做好鋁的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵；將通過濃的氫氧化鈉處理的鋁片（絲、箔）來做鋁的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)效果很好，完全能達(dá)到教材所述的理想效果。

關(guān)鍵詞：鋁的實(shí)驗(yàn)效果不明系列實(shí)驗(yàn)揭秘

中學(xué)化學(xué)中，有關(guān)鋁的實(shí)驗(yàn)效果很不明顯，長期以來困擾著我們這些實(shí)驗(yàn)工作者，通過不懈的探索和努力，終于揭開了其中的奧秘。

在人教版九年級(jí)化學(xué)(下冊(cè))第八單元課題2“金屬的化學(xué)性質(zhì)”中，關(guān)于金屬鋁有這樣一段描述：鋁在空氣中與氧氣反應(yīng)，其表面生成一層致密的氧化鋁(Al2O3)薄膜，從而阻止鋁進(jìn)一步氧化，因此，鋁具有很好的抗腐蝕性能。從上段話中可以得到如下啟示：1、鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，在常溫下就能與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成氧化鋁。4Al+3O2=2Al2O32、氧化鋁是致密而堅(jiān)固的，致密的程度如何呢？3、如果用鋁與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋁表面上的氧化膜會(huì)影響甚至?xí)柚狗磻?yīng)的進(jìn)行，怎么辦呢？這就是我們需要解決的問題。

在人教版的化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)第11頁中，有這樣一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：把一根用砂紙打磨過的鋁絲浸入硫酸銅溶液中，過一會(huì)兒取出，觀察，有什么現(xiàn)象發(fā)生？從理論上講，這個(gè)實(shí)驗(yàn)很容易成功的，不就是一個(gè)置換發(fā)應(yīng)嗎？而在實(shí)驗(yàn)操作中卻很感意外。實(shí)驗(yàn)過程：(1)、反應(yīng)原理：2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu(2)、實(shí)驗(yàn)步驟：a、用砂紙反復(fù)打磨鋁絲，直到光亮，確信已除掉氧化鋁薄膜。b、將鋁絲插入裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硫酸銅溶液的試管中。c、現(xiàn)象：依稀可以觀察到有極少量的紅色物質(zhì)附著鋁絲上，溶液的藍(lán)色變化很不明顯：。這與理論上的結(jié)論相差太大了，什么原因呢？是鋁不純，還是鋁表面的氧化膜未除凈？還是硫酸銅溶液有問題？于是我又做了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將用砂紙打靡過的光亮的鐵絲浸入裝有硫酸銅溶液的試管中，觀察到：鐵絲表面有紅色物質(zhì)析出并覆蓋在鐵絲上，溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\綠色。反應(yīng)原理：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了硫酸銅溶液沒有問題，那么問題一定是出在鋁絲上。

人教版高一化學(xué)第一章第三節(jié)“化學(xué)反應(yīng)中的能量變化”有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：[實(shí)驗(yàn)1-3]在一支試管里加入幾小塊鋁片，再加入5ml鹽酸，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到有大量氣泡產(chǎn)生時(shí)，用手觸摸試管外壁，并用溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度變化。第五章第二節(jié)“元素周期律”又有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：[實(shí)驗(yàn)5-2]取一小片鋁和一小段鎂帶，用砂紙擦去表面的氧化膜，分別放入兩支試管，再各加入2ml1mol/L鹽酸，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。“[實(shí)驗(yàn)3-1]”重在鋁與鹽酸反應(yīng)的劇烈程度，通過用手觸摸試管外壁和通過溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，直觀地感受到和觀察到化學(xué)反應(yīng)前后溫度的較大變化，從而得到在化學(xué)反應(yīng)中確實(shí)存在能量變化。而在實(shí)驗(yàn)過程中通過用砂紙打磨過的鋁片與3mol/L的鹽酸反應(yīng)的溫度變化需要在30min后才能觀察到，并且溫度變化不很明顯，大約從室溫可以上升到35℃左右。時(shí)間長，效果差，還不如鐵與鹽酸的反應(yīng)劇烈。2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑Fe+2HCl=FeCl2+H2↑“[實(shí)驗(yàn)5-2]”重在比較鎂、鋁與鹽酸反映的劇烈程度，從而對(duì)比兩者的金屬性強(qiáng)弱。在實(shí)驗(yàn)過程中，鎂帶與鹽酸反應(yīng)非常劇烈，有大量的氣泡產(chǎn)生，同時(shí)放出大量的熱。而鋁與鹽酸反應(yīng)只有少量的氣泡附著在鋁片上。從金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱來講，鋁僅次于鎂，而從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上看，鋁的金屬性卻比鎂相差甚遠(yuǎn)，原因何在呢？

人教版高二化學(xué)第四章第一節(jié)有“鋁箔的燃燒”這個(gè)實(shí)驗(yàn)。[實(shí)驗(yàn)4-1]把2cm×5cm的薄鋁箔卷成筒狀，內(nèi)部裹一紙片，鋁箔的一端固定在粗鐵絲上，點(diǎn)燃紙片，立即伸入盛有氧氣的集氣瓶中（集氣瓶底部要放一些細(xì)沙），觀察現(xiàn)象。在具體的實(shí)驗(yàn)過程中用砂紙反復(fù)打磨過的鋁箔卻不能在氧氣中燃燒，分析其原因大致有兩點(diǎn)：1、鋁箔的氧化膜未除凈。2、未達(dá)到鋁箔的燃點(diǎn)。中國論文聯(lián)盟-中國論文聯(lián)盟

上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)都有一個(gè)共同的問題，是不是鋁表面的氧化膜未除凈而影響了實(shí)驗(yàn)效果呢？那么又如何除去鋁表面的氧化膜呢？前面這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)用了兩個(gè)方法：1、用砂紙反復(fù)打磨。由于氧化鋁是致密而又堅(jiān)固的，這個(gè)方法是費(fèi)力而不討好。2、在鹽酸中浸泡。Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O從上面的[實(shí)驗(yàn)3-1]和[實(shí)驗(yàn)5-2]中可知：在鹽酸中浸泡時(shí)間長，效果差，這兩種方法都不可取。大家知道，Al2O3是兩性氧化物，既可以與酸反應(yīng)，也可以與強(qiáng)堿反應(yīng)Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O如果將鋁片（絲）放入NaOH溶液中浸泡，效果又如何呢？通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于找到一個(gè)切實(shí)可行的好辦法，步驟如下：1、將鋁片（絲、箔）投入裝有NaOH濃溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，摩爾濃度為6mol/L）的燒杯中浸泡，直到大量氣泡產(chǎn)生為止，浸泡時(shí)間約為10-12min。反應(yīng)原理：（1）Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O（2）2Al=2NaOH=2H2O=2NaAlO2+3H2↑因?yàn)殇X表面的氧化膜與氫氧化鈉反應(yīng)后，里面的鋁也會(huì)與強(qiáng)堿溶液發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣。當(dāng)有大量氫氣產(chǎn)生時(shí)，說明鋁表面的氧化膜已基本除凈。2、保存方法：將除去氧化膜的鋁片（絲、箔）浸泡在裝有煮沸并冷卻后的蒸餾水（125ml）的廣口瓶中，并在蒸餾水中滴入2-4滴稀硫酸，防止鋁片氧化。將通過濃的氫氧化鈉溶液處理過的鋁片（絲、箔）來重做上面的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，效果很好，完全能夠達(dá)到書上講的理想效果。由此可見，如何除去鋁片（絲、箔）表面的氧化膜，是做好關(guān)于鋁的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。

在上述鋁絲與硫酸銅溶液的反應(yīng)中，可以觀察到：有大量的紅色物質(zhì)附著在鋁絲表面，溶液的藍(lán)色逐漸變成無色。“[實(shí)驗(yàn)3-1]”鋁與鹽酸的反應(yīng)中，可以觀察到，約4分鐘后，反應(yīng)越來越劇烈，試管內(nèi)有大量氣泡產(chǎn)生，鋁片的碎屑在氣泡中上下翻滾，溫度計(jì)的指示溫度可到達(dá)100℃左右，用手觸摸試管外壁，很燙，這樣的劇烈反應(yīng)可持續(xù)4分鐘左右。而“[實(shí)驗(yàn)5-2]”鎂、鋁與鹽酸的反應(yīng)中，觀察到兩支試管中都有大量的氣泡產(chǎn)生，而鎂與鹽酸的反應(yīng)要比鋁與鹽酸反應(yīng)劇烈，但差距沒有那么明顯，正說明了鋁的金屬性僅次于鎂。

我想重點(diǎn)談一下“鋁箔的燃燒”實(shí)驗(yàn)。要做成功這個(gè)實(shí)驗(yàn)，僅僅是除掉鋁箔表面的氧化膜是不夠的，教材上是將鋁箔卷成筒狀，內(nèi)裹一紙片，通過點(diǎn)燃紙片來引燃鋁箔，實(shí)驗(yàn)的成功率很低。因?yàn)榧埰紵懦龅臒崃亢茈y達(dá)到鋁箔的燃點(diǎn)。我是這樣改進(jìn)的：1、在空氣中，用酒精燈火焰去點(diǎn)用氫氧化鈉溶液處理過的鋁箔，結(jié)果點(diǎn)不燃。2、將用砂紙打磨過的鎂帶鑲嵌在用濃氫氧化鈉溶液處理過的鋁箔的尾端，鋁箔的另一端固定在粗鐵絲上。(鎂帶長2cm，鋁箔的大小為2cm×5cm)。3、在空氣中點(diǎn)燃鎂帶，當(dāng)鎂帶燃燒到與鋁箔的鑲嵌處時(shí)，立即伸入盛有氧氣的集氣瓶中（集氣瓶底部要裝入一些細(xì)砂）。觀察到的現(xiàn)象：鋁箔在氧氣中劇烈燃燒，放出大量的熱和發(fā)出耀眼的白光，反應(yīng)生成的白色的Al2O3飛濺在集氣瓶底的細(xì)沙上和瓶壁上。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：1、鋁箔在空氣中不能直接點(diǎn)燃，而鎂帶在空氣中能直接點(diǎn)燃，說明了鎂的金屬活動(dòng)性比鋁強(qiáng)。2、鎂帶燃燒放出的大量熱量完全能夠達(dá)到鋁箔在氧氣中的燃點(diǎn)，使鋁箔在集氣瓶中劇烈燃燒。3、實(shí)驗(yàn)的成功率可達(dá)100%。